为什么Wi-Fi6将成为未来物联网的关键?
作者 | 千家网 2022-11-01

作为消费者连接的冠军,Wi-Fi的最新版本进一步提高了用户的可访问性和吞吐量,而这些变化也与无线传感器网络有关。

Wi-Fi有着复杂的历史。这也许并不奇怪,因为无线电技术代表了许多创新的融合,其中有四项最为突出。第一次是20世纪70年代在夏威夷发展的一个开创性的分组无线电网络,连接了群岛上四个岛屿上的7个校园,确保它们都能通过瓦胡岛的中央计算机相互通信。

其次,在1985年,美国联邦通信委员会正式将2.4ghz频谱以及其他分配用于未经许可的工业、科学和医疗使用。此举鼓励商业组织考虑如何利用这一新的无线电资源。

然后,在20世纪90年代,澳大利亚联邦科学和工业研究组织的射电天文学科学家们,想出了一种方法来克服影响室内高通量无线电通信的多径问题。这项发明奠定了无线局域网的基础,并为广泛的Wi-Fi部署铺平了道路。

最后,电气和电子工程师协会成立了标准委员会,负责为无线局域网协议IEEE802.11定义物理层和媒体访问控制规范。目标应用是无线以太网,使用射频技术以有线网络开创的方式将计算机连接在一起。

委员会的工作促成了Wi-Fi规范的第一个版本,IEEE802.11-1997,于1997年6月发布。随后,1999年对该标准的修订引入了当今版本Wi-Fi主要基于的技术。Wi-Fi联盟的成立是为了将这项技术商业化。

电源和部署挑战

如今,影响Wi-Fi演进的第五个关键事件是物联网。1999年,当第一个版本的Wi-Fi正式被采用时,这个词是由致力于推广rfid的高管凯文·阿什顿(KevinAshton)想出的,当时距离这个词的诞生还有两年的时间。如今,将数十亿台设备或物品连接到已建立的互联网,很大程度上是通过无线技术实现的。

对于短程物联网网络,蓝牙低能耗、Thread、Zigbee等协议承担了这一负载。而物联网的广域网、蜂窝物联网和LoRaWAN被证明是很好的选择。

但是Wi-Fi呢?乍一看,它似乎是无线网络的完美选择,需要比短程、低功耗协议提供的范围更大的范围,但不是广域网技术的公里数范围。然而,Wi-Fi在物联网应用中存在一些相当大的缺陷。

第一个问题是功耗。Wi-Fi主要是为高吞吐量而设计的,这需要消耗电池电量。相比之下,物联网无线技术通常试图限制通话时间以延长电池寿命,从而最小化维护。这样做的代价是降低吞吐量,但这对于很少发送少量数据的传感器和致动器来说几乎不是问题。

第二,Wi-Fi在密集部署场景中会遇到困难。当我们进入繁忙的商场和图书馆的公共热点时,我们中的许多人都熟悉补丁式服务,消费者通常也可以容忍,但由数百个传感器组成的工业网络则是另一回事。

为物联网而建

如今,一种技术名称为IEEE802.11ax的Wi-Fi版本被称为Wi-Fi6,有望解决阻碍该技术在物联网中广泛采用的缺陷。Wi-Fi联盟今年早些时候批准了Wi-Fi-6,它是专门为满足密集部署的要求而设计的,包括公共和工业部署。新版本提供了几个增强功能,但主要功能是吞吐量和频谱效率的改进,这允许更多的网络连接,同时仍然保持良好的服务。

例如,通过新的正交频分多址(OFDMA)特性,设备可以使用少于一个信道带宽,与网络上的其他设备共享带宽以增加容量。此外,这些技术进步还能够更快地响应连接的单元。之前版本的Wi-Fi难以处理多个传感器,而Wi-Fi6可以轻松管理由数百个设备组成的大型传感器网络。

Wi-Fi6还为智能家居和工业应用带来了关键的技术提升。这一进步被称为“目标唤醒时间”(TWT),与前几代Wi-Fi的节能努力相比,是一次重大的进步。

当使用TWT技术时,客户端设备与接入点(ap)协商唤醒时间。因此,客户端无需保持清醒来保持无线连接。因此,AP可以将大量客户端请求聚合为更少的触发传输机会。这样做的好处是更高效、无争用的通道访问和显著的客户端设备能耗节省,在同类应用中可节省高达80%。这使得电池寿命长的物联网设备更加实用。

Wi-Fi6还通过Wi-Fi受保护访问(WPA)3,尽管这是单独推出的Wi-Fi6带来了改进的安全性。WPA3使用等式同步认证(SAE)协议,取代了旧的WPA2保护常见的预共享密钥协议。SAE防止了一些可能针对使用PSK的路由器的暴力攻击。

Wi-Fi6的另一个关键优势是,它提供物联网传感器通过路由器直接连接到云,而无需支付额外的数据订阅费用。此外,与其他短程无线解决方案相比,该技术的更高吞吐量使无线安全摄像头、高质量视频门铃等新的用例成为可能。在传输大量数据时,额外的吞吐量也可以用来补充蓝牙,比如可穿戴设备中的音乐流媒体。

智能家居的Wi-Fi

连接标准联盟是一个旨在缓解使用不同无线协议连接设备的挑战的组织,支持Wi-Fi6作为智能家居的基础技术。Matter是联盟统一的基于ip的连接协议,除了以太网和线程之外,还设计用于运行Wi-Fi6及更早版本上运行。

CSA计划将广泛引入“边界路由器”。这类设备并不是一个新概念。然而,直到现在,供应商都被迫开发自己的解决方案。该产品是一种特定类型的路由器,它使用其他物理层,如Wi-Fi提供从IEEE802.15.4网络到相邻网络的连接。边界路由器可以常规地嵌入智能音箱和照明装置等物品中,使基于互联网协议(IP)的连接对供应商和消费者都更方便。

工业Wi-Fi6产品才刚刚开始进入市场。然而,几年后,我们将看到短程无线、Wi-Fi6和蜂窝物联网相互补充,以构建物联网实现其承诺所需的大型、强大和低延迟网络。

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